土壤碳矿化速率测定是评估土壤有机碳分解动态、预测碳循环及温室气体排放的重要研究手段。其核心是通过量化土壤有机碳在微生物作用下的分解速率(即转化为CO₂的速率)，揭示碳稳定性和环境响应机制。以下是常用的测定方法及技术要点：

　　一、基本原理

　　碳矿化(Carbon Mineralization)指土壤有机碳(SOC)在微生物作用下分解为CO₂的过程。矿化速率反映土壤碳库的活跃程度，受温度、湿度、底物可利用性及微生物群落调控。

　　二、常用测定方法

　　1. 实验室培养法(恒温培养法)

　　原理：

　　在受控条件下(恒温、恒湿)培养土壤样品，定期测定CO₂释放量，计算矿化速率。

　　步骤：

　　样品制备：

　　采集新鲜土样(避免风干)，过2mm筛，去除根系和碎石。

　　调节土壤含水量至田间持水量的60%(或指定湿度)。

　　培养装置：

　　称取土样(如50g)置于密闭培养瓶，瓶内放置NaOH吸收杯或连接CO₂红外分析仪(IRGA)。

　　培养条件：

　　恒温(如25℃)，黑暗条件下培养(避免光合作干扰)。

　　CO₂收集与测定：

　　滴定法：定期更换NaOH吸收杯，用HCl滴定未反应的NaOH，计算CO₂累积量。

　　气相色谱法(GC)：抽取瓶内气体，分析CO₂浓度。

　　连续监测：使用自动CO₂监测系统(如Li-Cor LI-8100A)。

　　速率计算：

　　优点：条件可控，重复性好;缺点：无法完全模拟自然环境。

　　2. 同位素标记法(¹³C或¹⁴C示踪)

　　原理：

　　通过添加¹³C/¹⁴C标记的有机物(如葡萄糖、秸秆)，追踪标记碳的矿化过程，区分新输入碳与原有土壤碳的分解。

　　步骤：

　　标记物添加：

　　将¹³C标记的底物(如¹³C-葡萄糖)均匀混入土壤。

　　培养与采样：

　　密闭培养，定期测定释放的CO₂中¹³C比例(同位素比值质谱仪，IRMS)。

　　计算新碳矿化率：

　　优点：精准区分碳源;缺点：成本高，操作复杂。

　　3. 原位测定法(静态箱/动态箱法)

　　原理：

　　在田间原位测量土壤表面CO₂通量，结合环境因子(温度、湿度)分析矿化动态。

　　步骤：

　　静态箱法：

　　将透明或暗箱扣于土壤表面，定时抽取箱内气体测定CO₂浓度变化(便携式IRGA)。

　　计算通量：

　　VV：箱体积，AA：土壤面积，RR：气体常数，TT：温度(K)。

　　动态箱法：

　　连续气流通过箱体，实时监测进出气体的CO₂浓度差，计算通量(如Li-Cor LI-8100A)。

　　优点：反映真实环境下的矿化过程;缺点：受气象条件干扰大。

　　三、数据解析与模型拟合

　　1. 矿化动力学模型

　　一级动力学模型：

　　Ct​：t时间内的累积矿化量，C0​：可矿化碳库，k：矿化速率常数。

　　双库模型：区分活性碳库(快速分解)和稳定碳库(缓慢分解)。

　　2. 环境因子关联分析

　　利用回归分析或结构方程模型(SEM)，量化温度(Q₁₀效应)、湿度、pH对矿化速率的贡献。

　　四、方法选择建议

　　五、注意事项

　　样品代表性：

　　避免表层土壤与深层土壤混合，分层取样(如0-10cm、10-20cm)。

　　微生物活性保持：

　　新鲜土样需冷藏(4℃)保存，培养前预培养24小时恢复微生物活性。

　　干扰控制：

　　排除根系呼吸：过筛去除活根，或添加根系抑制剂(如环己酰亚胺)。

　　避免密闭培养中的O₂限制：定期通气或使用透气膜。

　　数据校正：

　　扣除空白(无土对照)的CO₂本底值;

　　温度压力校正(如使用理想气体定律)。

　　六、应用案例

　　案例1：施肥管理对碳矿化的影响

　　实验室培养表明，有机肥处理土壤的矿化速率比化肥处理高30%，归因于活性碳输入增加。

　　案例2：气候变暖模拟

　　原位动态箱监测显示，温度每升高1℃，矿化速率(Q₁₀)增加1.5~2.0倍。